极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区不同植被类型土壤水分特征

为了解黄土丘陵沟壑区极端强降雨条件下土壤水分与植被之间的关系,对2013年7月极端强降雨条件下黄土丘陵沟壑区5种主要植物群落,即刺槐(Robinia psendoacacia)、柠条(Caragana intermedia)、铁杆蒿(Artemisia gmelinii)、长芒草(Stipa bungeana)、白羊草(Bothriochloa ischaemun)群落的土壤水分进行了调查与分析,结果表明:1极端强降雨下,植被是影响土壤含水量的主要因素;2草本群落的土壤水分明显好于人工林,其中长芒草群落的土壤含水量、土壤贮水量和土壤有效贮水量均最高,分别为17.8%、961.2 mm和691.2 mm,郁闭度最大的31龄林土壤水分最差;3人工林地土壤水分可补充至300 cm左右,草本群落土壤水分可补充至500 cm左右,人工林地深层土壤水分的恢复仍十分困难。     

陕北黄土丘陵区撂荒演替过程中的土壤水分效应

根据陕北黄土丘陵区17块不同撂荒年限样地土壤水分的普查和10块样地土壤水分的定位测定,利用多元回归分析和通径分析法研究了植被恢复过程中土壤水分的变化和各植被、土壤因子对土壤水分的作用效应:①农田撂荒后,随着植被的恢复,因群落生物量、植被盖度和土壤有机质等这些对土壤水分有直接作用因子的变化,而间接表现为随着撂荒年限的增加,土壤含水量越来越低,而土壤水分的波动却越来越大;②用地形因子(包括坡度、坡向和海拔)、土壤因子(地表土壤容重和有机质含量)和植被因子(地上生物量和植被盖度)可以较好地对土壤水分做出多元拟合,影响表层土壤水分含量和根系层水分波动的主导因子是植被盖度,而影响深层土壤水分波动的主导因子是地上生物量;③土壤水分两次测定期间深层储水量差值与累积降雨量成显著正相关,说明土壤水分测定下边界存在上渗与下渗运动,而且储水量差值多数为正值,说明是以下渗为主。因此O根据土壤水分来估算群落蒸散时会有正的系统误差。为此论文将深层储水量差值作为补偿调节因子自变量,以提高多元拟合精度。拟合结果说明群落蒸散可由群落生物量、群落盖度、坡度、坡向和土壤表层容重或坚实度来估计。在植被恢复过程中影响群落蒸散的最大因子是群落蒸腾,其次是植被盖度。     

华南南亚热带不同演替阶段植被的环境效应

研究华南南亚热带不同演替阶段植被对养分保护、碳氧平衡和对酸雨的缓冲作用的结果表明 :①100年生季风常绿阔叶林植物 N、P、K贮量是草地和芒萁群落的 12～ 39倍 ,灌木林的 12～16倍 ;死地被物 N、P、K贮量是草地和芒萁群落的 11～ 36倍 ,灌木林的 3.1～ 5.2倍 .30年生季风常绿阔叶林净初级生产量的 N、P、K贮量是草地、芒萁、灌木群落的 1.9～ 5.1倍 .②100年生季风常绿阔叶林植物碳贮量是草地、芒萁、灌木群落的 13～ 49倍 .30年生季风常绿阔叶林植物碳净固定量是草地、芒萁、灌木群落的 2.3～3.4倍 ,前者的氧释放量也明显大于后者 . ③芒萁、灌木群落和季风常绿阔叶林穿透雨的平均 p H值比降雨p H值分别高 1.13、1.03和 1.90个单位 ,季风常绿阔叶林对酸雨的缓冲能力明显高于芒萁、灌木群落 . ④正向演替可加强植被的环境效应 ,让草地、芒萁、灌木群落演替成为季风常绿阔叶林 ,有利于区域生态环境的改善 .     

旅游和环境污染对广州城市公园森林植物和土壤的影响

 研究了旅游和环境污染对广州城市公园森林群落土壤理化性质、植物种类多样性、群落结构和演替以及环境质量的影响.结果表明，由于旅游干扰，城市公园森林土壤的容重增加，而表土的物理性黏粒（＜0.01mm）、有机质和总氮含量降低.植物种类数目及多样性也随旅游强度的增加而降低.由于人为干扰，群落的结构变得简单，群落演替缓慢或停止.此外，环境污染也影响着城市公园植被,公园内植物叶中的硫和重金属含量明显高于远离污染源的中山大学校园树叶中的硫和重金属含量．     

黄土丘陵区不同植被恢复模式对沟谷地植物群落生物量和物种多样性的影响

对黄土丘陵区3个不同植被恢复模式沟谷地植被群落的生物量和物种多样性特征进行样方调查,统计分析了不同植被恢复模式沟谷地植物群落的盖度、生物量、物种多样性、植物种群相似系数。调查共记录植物82种,隶属32个科;其中,乔木植物5科,6种;灌木植物8科,11种。经过20 a左右的植被恢复重建,不同植被恢复模式沟谷地的植被群落均呈现良好演替趋势;人工植被柠条灌丛和刺槐林恢复模式对沟谷地草本层盖度和群落枯落物盖度及生物量方面作用效果较好;而天然草地对沟谷地草本层生物量方面作用效果较好;沟谷地物种多样性指数表现出人工植被恢复模式效果优于自然恢复,而且人工柠条灌丛植被恢复模式优于人工刺槐林植被恢复模式。柠条灌丛沟谷地不同坡位植物种群相似系数较高,而刺槐林沟谷地和天然草地沟谷地不同坡位植物种群相似系数略低;沟谷地的种群相似系数在沟坡上部略高于沟坡下部和沟底,东坡略高于西坡。人工植被建设可以促进黄土丘陵区沟谷地的植被恢复进程。论文建议在今后黄土丘陵区沟谷地人工植被建设过程中,需要加大乡土树种的引入、提高树种的多样性、合理树种的空间配置和注意灌/乔树种的比例。     

黄土丘陵区小流域植被建设的土壤水文效应

以纸坊沟流域为研究对象,研究了植被恢复后不同植被对土壤水分的影响情况,得出如下结论:①草地土壤水分含量大于灌木林地,灌木林地土壤水分含量大于乔木林地;②选用乡土树种油松造林对土壤的干化程度较轻,选用刺槐造林时要考虑立地条件和造林密度,林草隔带种植可以减轻土壤干化程度;③灌木林下阴坡土壤干层并不比阳坡干层程度轻。土壤干化程度和植被种类直接相关。此外,受种植密度及人为干扰影响;④和以前人们的认识不同,天然草本植被也会形成土壤干层,其中白羊草和长芒草形成有利于自身群落稳定的干层,但茭蒿形成的干层则对自身稳定不利,在植被建设上应引起足够重视。     

滇西北与滇东南干热河谷植物群落物种多样性研究

环境变迁下生物多样性格局形成及维持机制研究是生物多样性研究的核心科学问题之一. 滇西北和滇东南两地曾在地质历史上具有相似森林植被,随着板块运移,两地出现明显环境区化,植被类型亦产生巨大变化,仅在两地干热河谷生长着相似外貌和类型的植物群落,而其物种组成和生物多样性格局有何异同尚不清晰. 该研究分别在怒江和元江干热河谷设置100 km样带,每间隔4 km布设样地,对其植被进行群落学调查. 通过计算两地不同生活型植物重要值、Alpha及Beta多样性指标,拟阐明起源相近、外貌相似的两地植被在环境变迁后群落物种组成及生物多样性的变化规律. 结果表明:①滇西北干热河谷共调查到维管植物125种(51科104属),滇东南干热河谷共调查到114种维管植物(44科102属). 滇西北乔木和灌木物种丰富度均略高于滇东南,草本反之. 滇西北乔木多度极显著高于滇东南(P<0.01),灌木多度未出现显著性差异,草本多度滇东南显著高于滇西北(P<0.05). ②从科水平分析,滇西北和滇东南乔木和草本优势科组成种类相似,但灌木优势科组成种类差异性较大. 从种水平分析发现,两地乔木优势种种类差异较大,而灌木和草本组成相似. ③滇西北植物群落Shannon-Wiener指数、Simpson指数均略低于滇东南,但无显著性差异,而Pielou指数显著低于滇东南(P<0.05). 滇西北干热河谷植物群落中优势种单一,物种分布具有聚集性;滇东南植物群落物种分布较均匀,物种多样性丰富. ④两地植物群落之间相异性系数较高,处于极不相似水平,群落间生境差异性较大,不同生活型植物Beta多样性差异极显著(P<0.001),其中以灌木物种组成的相异性最大. 研究显示,起源相近、外貌相似的滇西北与滇东南干热河谷的植物群落物种组成存在明显差异,Alpha多样性差异不明显,Beta多样性存在显著性差异,环境变迁后区域环境差异改变了植物群落结构.      

盐生植被演替对土壤微生物碳源代谢活性的影响

采用Biolog-Eco微平板法,研究了黄河三角洲地区不同盐生植被下土壤微生物的碳源代谢特征,并探讨了土壤微生物碳源代谢水平与盐生植被演替的关系.结果表明,黄河三角洲土壤质量随盐生植被正向演替呈现逐渐改善的趋势,盐生植被从"裸地-强耐盐植物-轻耐盐性植物"演替过程中,土壤微生物碳源代谢活性极显著增强(P0.01).土壤微生物群落的Shannon-Wiener指数、丰富度、Simpson指数和Pielou均匀度指数按演替顺序逐渐增加,且与全氮、碱解氮呈现显著(P0.05)正相关,与土壤盐度呈现极显著负相关(P0.01).随着"光板地-强耐盐植物-轻度耐盐植物"的演替,微生物利用的碳源种类不断增加,所利用的各类碳源数量上也越来越接近.全氮(Total nitrogen)和碱解氮(Available nitrogen)显著促进了微生物的碳源代谢活性,土壤盐度则显著抑制了土壤微生物的碳源代谢活性.     

冀北山地绣线菊灌丛的土壤种子库特征

为了了解冀北山地退化植被--绣线菊（Spiraea pubescens）灌丛的生态恢复潜力,采用种子萌发法对其可萌发土壤种子库进行了研究,并与其他群落类型进行了比较。结果表明,绣线菊灌丛种子库的种子密度为4 013.33 粒/m²,低于华北落叶松（Larix gmelinii）人工林（4 646.67 粒/m²）,但高于榛子（Corylus heterophylla）灌丛（1 713.33 粒/m²）和天然次生白桦（Betula platyphylla）林（746.67 粒/m²）;绣线菊灌丛土壤种子库以草本植物为主,没有发现乔木和灌木种子。各群落类型土壤种子库的种子密度有随土壤深度的增加以及坡位的上升而下降的趋势。绣线菊灌丛土壤种子库的物种组成与其他3 种群落类型具有一定的相似性,但低于其他三种群落之间的相似程度。由此得出结论,绣线菊灌丛具有数量庞大的草本植物种子库,群落草本层恢复潜力巨大,但木本植物,尤其是乔木较少,这是限制绣线菊灌丛向森林群落演替的主要限制因素,需要通过人工的方法引入乔木树种,加速群落的演替,促进森林植被的恢复。     

缙云山森林植被类型对土壤产N2O相关功能微生物的影响

为明确亚热带不同森林植被对土壤涉氮功能基因(amoA、nirS、nosZ)微生物群落和功能的影响,以缙云山5种森林植被类型(针叶林、阔叶林、针-阔混交林、竹林以及荒草地)土壤为研究对象,采用末端限制性片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism analysis,T-RFLP)和荧光定量PCR(qPCR)等分子技术,结合与氮素循环相关的微生物酶活,研究不同森林植被土壤涉氮微生物丰度、群落结构及其功能的差异.结果表明:①缙云山国家自然保护区土壤反硝化酶活显著高于硝化势,且针叶林土壤2种酶活均显著低于其他植被类型(P0.05).此外,可溶性有机碳、土壤含水量和总氮是影响酶活的主要环境因子.②qPCR结果显示,竹林土壤涉氮功能微生物的丰度最高,而针叶林土壤最低. 3个涉氮功能微生物的丰度均与可溶性有机碳、总氮、有效氮、总钾以及有效钾显著相关(P0.01).③基于T-RFLP数据,阔叶林土壤涉氮微生物α-多样性指数最高,而竹林最低.主坐标分析(principal co-ordinates analysis,PCoA)显示:在不同植被间,氨氧化古菌群落结构表现出显著差异,针叶林土壤涉氮功能微生物群落结构最独特.此外,基于距离的冗余分析(distance-based redundancy analysis,db-RDA)表明:涉氮功能微生物群落结构主要受可溶性有机碳(P0.001)、有效氮(P0.002)和土壤含水量(P0.001)调控.④土壤反硝化酶活主要受nirS反硝化菌与氨氧化古菌的丰度和涉氮功能微生物的群落结构的影响;而硝化势主要受氨氧化古菌的丰度影响.由上可知,亚热带森林植被显著影响土壤涉氮功能微生物的丰度和群落结构,进而改变其调控土壤的氮素循环的功能.可为我国亚热带森林土壤微生物与N_2O释放的耦合机制提供基础数据.     

1961—2019年黄土高原植被潜在蒸散及影响因子

研究潜在蒸散对于深刻了解区域的生态环境问题及水文循环过程具有重要的理论与现实意义.该研究基于Penman-Monteith模型对1961—2019年黄土高原潜在蒸散的时空变化特征进行了分析,再结合土地利用数据探究了各植被类型潜在蒸散的差异及其影响因素.结果表明:①1961—2019年黄土高原区域呈暖干化趋势,其中平均最高温度、平均最低温度与平均温度均呈显著增加趋势;平均相对湿度、平均风速、日照时数均呈显著降低趋势;降水量非显著减少.②在空间分布格局上,黄土高原区域年均、生长季、春季、夏季和秋季潜在蒸散均呈南北高、东西低的分布特征;1961—2019年春季潜在蒸散以0.41 mm/a的速率显著增加(P < 0.05).③1981—2019年黄土高原区域潜在蒸散平均变化趋势为1.35 mm/a,其中62.98%的区域呈显著增加趋势(P < 0.05),多分布在东部和西部地区.④1961—2019年黄土高原区域各植被类型潜在蒸散变化均表现为不显著上升趋势,多年平均潜在蒸散大小表现为草原>农田>针叶林>草甸>阔叶林>灌丛,其中,1981—2019年各植被类型潜在蒸散增加趋势大小表现为阔叶林>针叶林>灌丛>农田>草甸>草原.⑤影响黄土高原区域各植被类型潜在蒸散的主要气象因子为平均风速与平均相对湿度,其次为日照时数.潜在蒸散随着平均风速和日照时数的增加而增加,随着平均相对湿度的增加而减小.研究显示,各植被类型潜在蒸散的增加与区域降水的减少可能会加剧水资源短缺态势,建议黄土高原地区在开展植被恢复工作时,应优先考虑耗水较少的树种,优化群落植被结构,充分利用光水热资源,修建蓄水设施,支撑区域生态环境的可持续发展.      

Response of soil microorganisms to vegetational succession in Ziwuling Forest

This study investigates the changes in soil microbial populations as vegetational succession progress from abandoned farmland to climax forest in the Ziwuling Forest, which is located in the northern part of the Loess Plateau, China. Different organic C and total extractable N between the fumigated and non-fumigated soils were assumed to be released from soil microorganisms. Soil microbial C was calculated using Kec = 0.38 and microbial N was calculated using Ken = 0.45. The released P was converted to microbial biomass P using Kep = 0.40. Soil bacteria, fungi, and actinomycetes increased as the vegetational succession progressed. Microbial C was of the highest amount in farmland. Microbial C, N, and P generally increased from abandoned land to climax community. The results indicated significant (P < 0.05) diversities of soil microbial biomass under different vegetation. There was a significant correlation between microbial biomass and soil nutrients. Knowledge about soil microbial populations is important for forecasting vegetational succession and determining the ecological condition of the environment.     

不同植被恢复模式沟谷地植被-土壤系统耦合关系评价

植被和土壤的耦合协调关系是沟谷地植被恢复进入良性演替发展阶段的重要标志。研究通过建立9个植被因子和11个土壤因子的2级层次指标体系,采用层次分析法确定各因子的权重,构建沟谷地植被-土壤系统耦合协调模型。结果表明:沟谷地经过20多年的植被恢复,不同植被恢复模式沟谷地的植被-土壤系统发展趋势均处于中级协调发展水平上;其中,刺槐林沟处于中级发展模式水平植被土壤同步型,柠条灌丛沟和天然草地沟为中级发展模式水平土壤滞后型;逐步回归线性分析表明,不同植被属性或土壤属性对其产生重要影响的环境因子(植被群落或土壤条件)存在差异。黄土丘陵区不同植被恢复模式沟谷地植被-土壤系统耦合协调关系存在一定差异,这可能与植物群落优势种的生物学特性密切相关。     

喀斯特高原区土壤水分的时空变异分析——以贵州清镇王家寨小流域为例

以贵州喀斯特高原区王家寨峰丛洼地小流域为研究对象,于2005年11月至2006年12月测定了小流域内不同植被的土壤水分年变化,探讨不同植被类型峰丛坡面土壤水分的时空变化规律,并且与同属小流域内的非喀斯特土山进行对比研究。结果表明:各种植被类型的土壤水分年变化趋势大致相同,主要受降雨和蒸散过程的影响,但变化幅度存在差异,次生林和灌木灌丛变化幅度大于非喀斯特土山和稀疏灌草丛。雨后连续晴天各植被土壤水分变化幅度呈相同格局。观测期内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,划分为4个阶段:冬季平稳低墒期、春季及夏初蓄水期、夏季及秋初消耗期及秋季及冬初回升期。各植被土壤剖面水分存在差异,次生林、灌木灌丛坡面土壤剖面含水量从表层到深层表现为降低型,稀疏灌草丛、非喀斯特土山则为增加型。同一坡面不同坡位间土壤水分差异不显著,反映了喀斯特地区复杂多变的小生境和其独特的二元结构水文系统。     

黔中木本植物叶功能性状对退化喀斯特土壤特性的响应

研究不同退化背景下优势木本植物功能性状的适应机制,有助于从功能生态学的角度来解释喀斯特山区的群落演替过程。本研究以贵州普定不同退化背景样地优势木本为研究对象,测定LT、LA、SLA、LDMC、LTD、Chlc6个叶片功能性状指标,分析土壤特性对区域内植被叶片功能性状的作用及影响,揭示喀斯特山区植物对不同环境的适应策略及其演替过程。结果表明:①喀斯特区退化环境下植被叶片向增大化趋势发展,以退耕地经济林最显著;火烧、火烧砍伐、退耕下植被性状差异显著,以LA、LTD、SLA变化范围最大,在相应样地可分别高达121.9%、118.08%、86.00%。②退化样地内叶片性状在乔木、灌木和藤本物种间差异显著,总体上灌木与藤本物种种间变异高于乔木物种,群落处于演替前中期阶段。③不同退化背景下土壤特性差异较大,与植被叶功能性状间具有显著相关性,其中土层深度、土壤养分与土壤含水率是植被叶功能性状的关键土壤特性因子。④退化区域植被叶性状表现出LA大、LT较小、SLA和LTD低、LDMC高、Chlc较低,趋向于发展贫瘠干旱性状组合。揭示了黔中退化喀斯特次生林内在差异性的演替规律,为喀斯特次生林的管理和生物多样性保护提供科学依据。     

Effects of vegetation type on soil microbial community structure and catabolic diversity assessed by polyphasic methods in North China

Soil microbes play a major role in ecological processes and are closely associated with the aboveground plant community.In order to understand the effects of vegetation type on the characteristics of soil microbial communities,the soil microbial communities were assessed by plate counts,phospholipid fatty acid (PLFA) and Biolog microplate techniques in five plant communities,i.e.,soybean field (SF),artificial turf (AT),artificial shrub (AS),natural shrub (NS),and maize field (MF) in Jinan,Shandong Province,North China.The results showed that plant diversity had little discernible effect on microbial biomass but a positive impact on the evenness of utilized substrates in Biolog microplate.Legumes could significantly enhance the number of cultural microorganisms,microbial biomass,and community catabolic diversity.Except for SF dominated by legumes,the biomass of fungi and the catabolic diversity of microbial community were higher in less disturbed soil beneath NS than in frequently disturbed soils beneath the other vegetation types.These results confirmed that high number of plant species,legumes,and natural vegetation types tend to support soil microbial communities with higher function.The present study also found a significant correlation between the number of cultured bacteria and catabolic diversity of the bacterial community.Different research methods led to varied results in this study.The combination of several approaches is recommended for accurately describing the characteristics of microbial communities in many respects.     

土壤水分植被承载力研究成果在实践中的应用

论文以黄土高原半干旱区柠条林为例,探讨了土壤水分植被承载力研究成果在生产中的应用。结果表明,土壤水分植被承载力不仅是确定森林植被恢复目标、调控植物水关系的理论基础,而且是确定森林植被合理经营方向和利用强度的理论基础。如果人工林密度大于土壤水分承载力,需要对人工林进行疏伐;如果人工林密度小于土壤水分承载力,需要增加密度或改换植被类型。当人工林密度等于土壤水分承载力时,人工林可持续利用土壤水资源。土壤水分承载力时的柠条林可以作为薪炭林和放牧林经营。单位面积结实量与密度关系可用正态分布曲线描述。承载力时的柠条林不仅能有效地保持水土,而且能生产较多的种子,又是良好的蜜源植物,宜作为水土保持林经营。该研究结果可为人工植被恢复和可持续经营提供科技支撑。     

不同土地利用/覆盖情景下东北沟流域植被生态需水量及其对产流影响

针对京津水源区上游生态环境建设需水与向下游多输水的矛盾现实,基于气象、土壤、土地利用/覆盖(1990年和2009年)数据,应用Penman-Monteith公式估算潜在蒸散量,再用土壤和植被信息对其进行修正,计算了水源区东北沟流域1990年、2009年及其他5种不同土地利用/覆盖情景下的最小生态需水量和适宜生态需水量。结果表明:2005-2009年4-10月潜在蒸散量是715.04 mm;2009年流域植被适宜生态需水量是399.42 mm,最小生态需水量是339.68 mm,比1990年的适宜和最小量分别多122.5 mm、144.5 mm;平水年的降雨均可满足各种情景生态需水要求,其中需水量较大的是情景Ⅲ(草地转化为林地),其适宜需水量达784.69×10⁴ m³,情景Ⅱ(林地转化为草地)的需水量最小,适宜需水量是687.27×10⁴ m³,该情景较适合向下游输水为目的的生态建设,但该情景实施的前提是建立下游向上游的生态补偿机制。     

黄土丘陵沟壑区小流域植被恢复对土壤稳定入渗的影响

经过20多年的退耕还林还草和封禁措施,纸坊沟流域植被得到良好恢复,并对土壤产生正面影响。流域内11种主要植物群落下以及不同生活型下土壤稳定入渗速率均有显著差异,其中灌木和草本群落下土壤稳定入渗速率较大,乔木林下较小。土壤稳定入渗速率与其影响因子之间存在相关关系,其中土壤稳定入渗速率与土壤容重、土壤总孔隙度及土壤活性孔隙度存在极显著的相关关系;与枯枝落叶层厚度也有一定的相关关系;还与土壤水稳性团聚体重量百分含量、土壤有机质含量有一定的相关关系。结果表明,黄土丘陵沟壑区进行植被建设选择灌草群落较好,天然群落可优先选择铁杆蒿、茭蒿、长芒草和白羊草等,人工灌木群落可优先选择柠条等。由于该区属森林向草原的过渡区,尽管也能种植刺槐等乔木树种,但营造乔木林应考虑林灌草隔带混交和垂直配置,并注意微地形的影响。